Разработка математической модели очага деформации роликовой клети профилирования стана ISF5 сталепроволочно-канатного цеха ОАО «ММК-МЕТИЗ» Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 621.771.25.014

РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ОЧАГА ДЕФОРМАЦИИ РОЛИКОВОЙ КЛЕТИ ПРОФИЛИРОВАНИЯ СТАНА ISF5 СТАЛЕПРОВОЛОЧНО-КАНАТНОГО ЦЕХА ОАО «ММК-МЕТИЗ» И.Р. Сафин, С.И. Лукьянов, Е.Э. Бодрое

ФГБОУВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова», институт ЭиАС, кафедра ЭиМЭ ildar_safin@mail.ru, fortheartist@mail.ru

Аннотация

В данной статье обоснована необходимость построения математической модели очага деформации роликовой клети стана по производству арматурного проката для армирования железобетонных конструкций. Разработана математическая модель очага деформации роликовой клети. По математической модели составлена структурная схема модели в программном пакете MATLAB.

Ключевые слова: арматурный прокат, математическая модель, роликовая клеть.

MATHEMATICAL MODELING OF DEFORMATION ZONE ROLLER MILL CRATE PROFILING ISF5 STEEL WIRE-ROPE SHOP OJSC «MMK-METIZ» I.R. Safin, S.I. Lukiyanov, E.E. Bodrov

Nosov Magnitogorsk State Technical University, Institute of Power Engineering and Automated Systems, chair of Electronics and Microelectronics ildar_safin@mail.ru, fortheartist@mail. ru

Abstract

In this article the necessity of constructing of mathematical models of the deformation roller mill stand used for production of reinforcing bars for concrete reinforcement was found. A mathematical model of the deformation roller stand was developed. According to the model a block diagram of the model was made up in the MATLAB. Key words: rebar, mathematical model, roller cage.

Прокат периодического профиля для армирования железобетон-

ных конструкций является одним из основных видов продукции стале-проволочно-канатного цеха (СКЦ) ОАО «ММК-МЕТИЗ». Производительность стана ISF5 итальянской фирмы Mario Frigerio составляет 11430 т/год (£>=3,0-10,0 мм) [1].

Технологический процесс низкотемпературного отпуска проволоки и отпуска при установленном натяжении (стабилизация) при производстве проволоки для армирования предварительно напряжённых железобетонных конструкций и проката периодического профиля для армирования железобетонных шпал на линии стабилизации включает в себя следующие операции:

- размотка проволоки-заготовки диаметром 3,0-10,0 мм с катушек;

- нанесение двух- или трёхстороннего профиля;

- отпуск проволоки-заготовки или отпуск проволоки-заготовки при натяжении;

- намотка арматурной проволоки в моток или резка на прутки.

Структурная схема линии изображена на рис. 1.

Размотка проволоки диаметром 3,0-10,0 мм производится с размоточного аппарата SU 140. Максимальная скорость горизонтального разматывающего устройства 360 м/мин [2]. Размоточным аппаратом создается обратное натяжение Fo6p проволоки перед входом в роликовую клеть (волоку) для нанесения двух- или трехстороннего профиля [3].

В процессе эксплуатации стана службой эксплуатации периодически выявляется несоответствие продукции требованиям по размерам профиля и механическим свойствам арматурного проката. Основные причины несоответствия продукции требованиям по размерам профиля: неудовлетворительная настройка роликов клети профилирования; неправильная установка роликов в клети; неточность изготовления роликов; износ зубьев ролика; нестабильность обратного натяжения (натяжения между клетью профилирования и размоточным аппаратом), что также иногда вызывает обрыв проволоки-заготовки на выходе из клети.

В связи с этим на стане ISF5 были проведены экспериментальные замеры глубины насечки прутков h на выходе роликовой клети профилирования в зависимости от противонатяжения Fo6p . Замеры были

сделаны для различных значений натяжения между кабестанами, заполнения катушки кабестанов и диаметра проволоки. Результаты замеров представлены на рис. 2. Из полученных данных следует, что в явном виде установить взаимосвязь между этими параметрами не представляется возможным. С целью изучения влияния различных

факторов на изменение глубины к необходимо создание математической модели очага деформации.

периодического профиля для армирования железобетонных конструкций 1БЕ5

Момент, создаваемый электродвигателем размоточного устройства, в общем случае может быть определен как сумма момента на катушке Мр, требуемого для создания натяжения перед входом в

клеть профилирования, и момента М необходимого для преодоления сил трения в механизме, приведенного к валу двигателя. В свою очередь, момент на катушкеМр, требуемый для создания натяжения

перед входом в клеть профилирования зависит от радиуса намотанного материала на катушке и заданного значения обратного натяжения на панели оператора. Вытягивание проволоки с размоточного аппарата через роликовую клеть профилирования без скольжения производится первой парой кабестанов.

№ 0,15 с0,1 0,05 0

ш

о 500 робр 1000 1500 Н

Рис.2. Экспериментальная зависимость глубины насечки пруткое к от натяжения размоточного аппарата Ро6р для прутков диаметром

5 мм

Рис. 3. Расчетная схема промежутка размоточный аппарат - первая

пара кабестанов

Промежуток «размотка - первая пара кабестанов», представленный на рис. 3, состоит из трех участков: участка схода проволоки с катушки размоточного аппарата до ее входа в роликовую клеть; участка от выхода проволоки с роликовой клети до точки соприкосновения с кабестаном 1 первой пары тянущих кабестанов; участка проволоки на кабестанах [3].

Система уравнений, описывающая процессы, происходящие в промежутке размотка - первая пара кабестанов операторной форме может быть представлена в следующем виде:

Мкаб1 (Р) = Ткаб1 (Р)Якаб! " бкаб1 (Р) ^ Е О вх

^обр (Р) = ^^ (С - Ск);

каб1'

Ткаб1 (Р) =

4бр ■ Р Е ■ О„ВЬ1Х

(V- у ВЬ1Х )•

каб1 ' п )■>

(1)

^каб1 ' Р

УкК Р) _ ®каб1

(Р)

УГ (Р) = ®Р (Р) • ^нам .

где Ткаб1 - сила протягивание металла через клеть профилирования,

создаваемая первым кабестаном; ^каб1, ^нам - радиусы первого кабестана и намотанного материала на катушке размоточного аппарата; 0каб1 - сила противонатяжения, создаваемая первым кабестаном; Е - модуль упругости Юнга; Ьобр , !/каб1 - длина участков

схода проволоки с катушки размоточного аппарата до ее входа в роликовую клеть и от выхода проволоки с роликовой клети до точки соприкосновения с кабестаном 1 первой пары тянущих кабеста-

о вх г-» вых

нов; Оп , О п - площадь поперечного сечения проволоки на входе и выходе роликовой клети профилирования; Упвх , Упвых - линейная скорость проволоки на входе и выходе роликовой клети

л Т ЛВЫХ ^

профилирования; у - линеиная скорость проволоки на выходе с

размоточного аппарата; Укв^ 1 - линейная скорость входа проволоки на первый кабестан.

т-г овых

Площадь поперечного сечения прутка ои после выхода из клети профилирования, изображена на рис. 4, определяется по выраже-

нию

nd2

S ВЫХ _ liM 3S

п ~

(2)

Площадь Si можно определить, представив сегмент ABC в виде треугольника (рис. 4, б), по уравнению:

S - 2 • S •

_ ^ AABC"1

_ 1 | 2лг-3с 2 _ 2

S &ABC ~ ^ ал ( _ ) a '

Откуда:

2

SMBHX = —— 3a, " 4

6

2*r-3c I _ a2.

(3)

(4)

(5)

Сечение по осям вмятин

Рис. 4. Площадь поперечного сечения прутка: а - основныеразмеры, определяющие качество нанесения профиля, б - к определению площади поперечного сечения

Изменение сечения и его сопротивление деформации определя-

ются:

sr =

si

a i ' VÍ'

(6) (7)

6

Система уравнений, описывающая неприводную роликовую клеть профилирования, может быть записана в виде:

М Р = МКаб1 - Мфа - Мт - М™; р . Vвых

Луг _ каб1 п .

Ш каб ~

Ю ,

Мф„ 8»У'Ярол • созу 1пц;

Мт = 3• /-о-Щол • Ь х

"0

Юс

1 -

у = -

аг

с0Б У 8™•соба

М

у оу

)с1а+ \ ( 8"'с05 У - 1)с1а

•> 8а • соз п

8„ •соба

= -

2 6• /-а-X2 • Ь

^ рол

М, -ш.

V*

8« =

8!

г = °г-1 • ^;

8 _

^2

- 3ал с

2яг - 3с

6

)2 - а2

Vе

ю =-

рол

3 •Я ;д •Ь (1 ) ----(1 - сОБ У )

8вых к ' '

Я

(8)

где М1 - момент, затрачиваемый на формоизменения проволоки при

Фкл

протягивании через роликовую клеть; М - момент, создаваемый двигателем размоточного аппарата, требуемый для создания натяжения перед входом в клеть профилирования; Мт - момент, за-

4

трачиваемый на преодоление сил трения скольжения на контактной поверхности роликов профилирования; Mххкл - момент холостого хода, необходимый для преодоления сил трения качения в подшипниках роликовой клети; ш рол , Rpoл - угловая скорость и радиус роликов клети профилирования; С - предел текучести обрабатываемого металла; у - угол, определяющий линию на поверхности роликов, в которой скорости металла и роликов равны; Д - коэффициент обжатия; f - коэффициент трения; (X0 - угол определяющий

величину зоны отставания при прокатке; a - глубина профиля; C - расстояние между насечками при поперечном сечении (рис. 3, а); г - радиус проволоки.

Составленная на основе приведенного выше математического описания структурная схема очага деформации приведена на рис. 4. В блоках 1 - 3 происходит вычисление значения моментов по приведенным формулам.

Рис. 4. Структурная схема очага деформации неприводнойроликовой

клети

Список литературы

1. МеталлИнвест Северо-Запад «ММК-МЕТИЗ» увеличивает выпуск арматуры нового поколения. URL: http://www.metal-in.ru/news/mmk-metiz-uvelichivaet-vypusk-armatury-novogo-pokoleniya/ (дата обращения 30.09.2013)

2. PC WIRE LINE ISF5: док. к обор.- Ilalia: Mario Frigerio S.p.A, 2006.-166c.

3. ТИ ММК-МЕТИЗ-К.ПР-28-2008. Производство проволоки и проката из углеродистой стали для армирования предварительно напряженных железобетонных конструкций на линии стабилизации [Текст]. - Магнитогорск: ОАО "ММК-МЕТИЗ", 2008. - 33с.

4. Радионов A.A. Автоматизированный электропривод совмещенного прокатно-волочильного проволочного стана : дис. ... док. техн. наук: 05.09.03 / Радионов Андрей Александрович.-Магнитогорск, 2009. - 334с.

УДК 621.771.067

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ ОТВОДЯЩЕГО РОЛЬГАНГА ШИРОКОПОЛОСНОГО СТАНА ГОРЯЧЕЙ ПРОКАТКИ

Н.В. Шеидченко, С.И. Лукьянов, P.C. Пишнограее, Д.В. Шеидченко

ФГБОУВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова», Россия, г. Магнитогорск shvinikolaj@yandex. ru

Аннотация

Существующий способ управления электроприводом отводящего рольганга стана горячей прокатки обеспечивает требуемое натяжение в полосе за счёт рассогласования скоростей транспортируемой полосы и бочек роликов рольганга. Наличие рассогласования скоростей приводит к повышенному износу бочек роликов и более частой их замене, что сопряжено с большими экономическими затратами. Предложена методика расчета требуемого момента электропривода ролика отводя -щего рольганга с учетом технологических особенностей циклов прокатки горячих полос. Предложен способ управления электроприводом отводящего рольганга, обеспечивающий снижение интенсивности износа бочек роликов, а также функциональная схема системы управления электроприводом ролика отводящего рольганга, реализующая